電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ)

第五章電力系統(tǒng)負(fù)荷第一節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷及負(fù)荷曲線第二節(jié)用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定第三節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷特性及模型第一節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷及負(fù)荷曲線一、電力系統(tǒng)負(fù)荷的基本概念及其分類二、電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線的基本概念及其分類三、電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線四、年負(fù)荷曲線和年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)一、電力系統(tǒng)負(fù)荷的基本概念及其分類電力系統(tǒng)負(fù)荷：分類：按消耗功率的性質(zhì)：分用電負(fù)荷、供電負(fù)荷、發(fā)電負(fù)荷按供電可靠性分：一類負(fù)荷、二類負(fù)荷、三類負(fù)荷根據(jù)用戶在國民經(jīng)濟(jì)中的部門分：工業(yè)用電負(fù)荷農(nóng)、林、牧、漁、水利用電負(fù)荷建筑業(yè)用電負(fù)荷交通運(yùn)輸、郵電通信用電負(fù)荷商業(yè)、飲食、供銷、倉儲(chǔ)業(yè)用電負(fù)荷城鄉(xiāng)居民生活用電負(fù)荷二、電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線的基本概念及其分類

電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線分類：按時(shí)間分類：日負(fù)荷曲線： 日平均負(fù)荷曲線日負(fù)荷持續(xù)曲線 年負(fù)荷曲線歷年負(fù)荷曲線其他，如：周負(fù)荷曲線，年持續(xù)負(fù)荷曲線等按用電特性分類：指根據(jù)部門分類的用戶負(fù)荷曲線三、電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線

負(fù)荷曲線除了用來表示負(fù)荷功率隨時(shí)間變化的關(guān)系外，還可用來計(jì)算用戶取用電能的大小，在某一時(shí)間t內(nèi)用戶所取用的電能A為該時(shí)間內(nèi)用戶的有功功率P和t的乘積。因此，在一晝夜內(nèi)用戶所消耗的總電能為：四、年負(fù)荷曲線和年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)年負(fù)荷曲線的用途：

年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax

如果用戶始終保持最大負(fù)荷值Pmax運(yùn)行，經(jīng)過Tmax小時(shí)后所消耗的電能恰好等于全年的實(shí)際耗電量，則稱Tmax為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。

Tmax=A/Pmax=第二節(jié)用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定

一、三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定

二、單相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定

三、供電系統(tǒng)各個(gè)部分計(jì)算負(fù)荷的確定

一、三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定目前比較普遍采用的確定計(jì)算負(fù)荷的方法，有需要系數(shù)法和二項(xiàng)式系數(shù)法。下面介紹需要系數(shù)法。1．基本公式用電設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷應(yīng)為：令，則得按需要系數(shù)法確定得三相用電設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷（單位用kW）的公式：式中，——需要系數(shù)，一般小于1。2．設(shè)備容量Ps的計(jì)算對一般長期連續(xù)工作制的用電設(shè)備組，設(shè)備容量就是銘牌額定容量；對反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備組，設(shè)備容量就是將設(shè)備在某一暫載率下的銘牌額定量統(tǒng)一換算到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暫載率下的功率。所謂暫載率，為一個(gè)工作周期內(nèi)工作時(shí)間與工作周期的百分比值，用ε表示，即：

⑴對電焊機(jī)組，要統(tǒng)一換算到時(shí)的設(shè)備容量，其設(shè)備容量為:(2)對吊車電動(dòng)機(jī)機(jī)組，要統(tǒng)一換算到時(shí)的設(shè)備容量，其設(shè)備容量為:3．多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定確定擁有多組（設(shè)有n組）用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。因此，在確定低壓干線上或低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，可結(jié)合具體情況計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)（又叫參差系數(shù)或混合系數(shù)）。對于低壓干線，可?。粚τ诘蛪耗妇€，用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷直接相加來計(jì)算時(shí)，可取。

二、單相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定除了廣泛應(yīng)用三相設(shè)備外，還有各種單相設(shè)備，如電焊機(jī)、電爐、電燈等。單相設(shè)備接在三相電路中，應(yīng)盡可能的均衡分配，使三相負(fù)荷盡可能地平衡。1．單相設(shè)備接于相電壓時(shí)的負(fù)荷計(jì)算2．單相設(shè)備接于同一線電壓時(shí)的負(fù)荷計(jì)算

3．單相設(shè)備接于各個(gè)線電壓或既有接于線電壓又有接于相電壓的負(fù)荷計(jì)算：接于線電壓的有功設(shè)備容量PAB、PBC、PCA換算為接于相電壓的有功設(shè)備容量PA、PB、PC的公式為：式中，PAB-A、PBC-B、PCA-C、PCA-A、PAB-B、PCB-C均為有功容量換算系數(shù)，查表5-3可得換算系數(shù)。

容量換算系數(shù)功

率

因

數(shù)0.350.40.50.60.650.70.80.91PAB-A，PBC-B，PCA-C1.271.171.00.890.840.80.720.640.5PAB-B，PBC-C，PCA-A-1.27-0.1700.110.160.20.280.360.5qAB-A，qBC-B，qCA-C1.050.860.80.380.30.220.09-0.05-0.29qAB-B，qBC-C，qCA-A1.631.441.160.960.880.80.670.530.29表5-3接于線電壓的單相設(shè)備容量換算為接于相電壓的單相設(shè)備容量的換算系數(shù)

接于線電壓的無功設(shè)備容量QAB、QBC、QCA換算為接于相電壓的無功設(shè)備容量的算式與有功設(shè)備容量的換算算式相類似。

三、供電系統(tǒng)各個(gè)部分計(jì)算負(fù)荷的確定為了選擇供電系統(tǒng)的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，必須計(jì)算供電系統(tǒng)各個(gè)部分的計(jì)算負(fù)荷，其方法如下。1．按逐級(jí)計(jì)算法確定計(jì)算負(fù)荷:各級(jí)負(fù)荷計(jì)算中，凡多組計(jì)算負(fù)荷相加（分有功和無功兩部分），都要依組數(shù)多少，考慮乘以同時(shí)系數(shù)。組數(shù)越少，同時(shí)系數(shù)越接近于1。圖5-5供電系統(tǒng)中各部分計(jì)算負(fù)荷的說明圖2．

按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷將供電區(qū)域內(nèi)用電設(shè)備的總?cè)萘縋s（不計(jì)備用設(shè)備容量）乘上一個(gè)需要系數(shù)Kne，就得到供電區(qū)域的有功計(jì)算負(fù)荷Pc。供電區(qū)域的需要系數(shù)的高低，不僅與用電設(shè)備的工作性質(zhì)、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備效率和供電系統(tǒng)的損耗等因素有關(guān)，而且與負(fù)荷的生產(chǎn)性質(zhì)、工藝特點(diǎn)、生產(chǎn)人員的技術(shù)熟練程度和勞動(dòng)組織等因素有關(guān)。

工廠類別需要系數(shù)功率因數(shù)年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)（h）汽輪機(jī)制造0.380.88

鍋爐制造0.270.73

柴油機(jī)制造0.320.74

重型機(jī)械制造0.350.793700機(jī)床制造0.20.653200重型機(jī)床制造0.320.713700工具制造0.340.653800量具刀具制造0.260.603800電機(jī)制造0.330.652800石油機(jī)械制造0.450.78

電線電纜制造0.350.733500電氣開關(guān)制造0.350.753400儀器儀表制造0.370.813500滾珠軸承制造0.280.75300表5-4部分制造企業(yè)的需要系數(shù)、功率因數(shù)及年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)

3．按年產(chǎn)量或年產(chǎn)值估算企業(yè)計(jì)算負(fù)荷⑴

按年產(chǎn)量估算。將企業(yè)全年生產(chǎn)量乘上單位產(chǎn)品耗電量，就得到企業(yè)全年耗電量；求得全年耗電量后，除以企業(yè)的年最大負(fù)荷利用小時(shí)，就可求得企業(yè)的計(jì)算負(fù)荷。⑵按年產(chǎn)值估算。與上述按年產(chǎn)量估算的方法完全相似。將年產(chǎn)值乘上單位產(chǎn)值耗電量在除以企業(yè)的年最大負(fù)荷利用小時(shí)，就可求得企業(yè)的計(jì)算負(fù)荷。

4．供電系統(tǒng)的功率因數(shù)、無功補(bǔ)償及補(bǔ)償后負(fù)荷的計(jì)算按上述方法確定出供電系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)荷后，就可估算出其平均功率因數(shù)。有：

對于已正式投產(chǎn)一年以上的供電系統(tǒng)來說，其平均功率因數(shù)可根據(jù)過去一年的電能消耗量來計(jì)算：電力系統(tǒng)對高壓供電和低壓供電系統(tǒng)的平均功率因數(shù)都有一定的要求，如果達(dá)不到這個(gè)要求，則必須采用人工補(bǔ)償措施，普遍采用的無功補(bǔ)償措施是裝設(shè)移相電容器。

要使平均功率因數(shù)由提高到，則必須裝設(shè)補(bǔ)償無功功率的電容器容量為。如果按計(jì)算負(fù)荷計(jì)算，則電容器的容量應(yīng)為如果按計(jì)算負(fù)荷計(jì)算，則電容器的容量應(yīng)為：或圖5-6功率因數(shù)的提高與無功功率、視在功率的關(guān)系第三節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷特性及模型一、基本概念二、負(fù)荷的靜態(tài)特性及模型

三、負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性及模型

一、基本概念負(fù)荷是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，分析電力系統(tǒng)在各種狀態(tài)下的特性必須研究系統(tǒng)的負(fù)荷特性并建立其數(shù)學(xué)模型。

綜合負(fù)荷的功率一般是要隨系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)（主要是電壓和頻率）的變化而變化的，反映這種變化規(guī)律的曲線或數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為負(fù)荷特性。負(fù)荷特性包括動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性。

二、負(fù)荷的靜態(tài)特性及模型1．用多項(xiàng)式表示的負(fù)荷靜態(tài)電壓特性和頻率特性將負(fù)荷的靜態(tài)特性用數(shù)學(xué)公式表述出來，就是負(fù)荷的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型。不計(jì)頻率變化，負(fù)荷吸收的功率與節(jié)點(diǎn)電壓的關(guān)系一般用如下的二次多項(xiàng)式表示：

其中的系數(shù)應(yīng)滿足：上式表明負(fù)荷的有功和無功功率都由三個(gè)部分組成，第一部分與電壓平方成正比，代表恒定阻抗消耗的功率；第二部分與電壓成正比，代表與恒電流負(fù)荷相對應(yīng)的功率；第三部分為恒功率分量。負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性也可以用類似的多項(xiàng)式表示。當(dāng)電壓和頻率都在額定值附近小幅度變化時(shí)，還可以對靜態(tài)特性作線性化處理，將負(fù)荷表示為：

和：需要同時(shí)考慮電壓和頻率的變化時(shí)，也可以采用:

2．用指數(shù)形式表示的負(fù)荷靜態(tài)電壓特性將負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)附近表示成指數(shù)形式，當(dāng)不計(jì)頻率變化的影響時(shí)，即為：對于綜合負(fù)荷，其中指數(shù)α的取值通常在0.5-1.8；指數(shù)β的值隨節(jié)點(diǎn)不同變化很大，典型值約為1.5-6。當(dāng)同時(shí)計(jì)及頻率變化的影響時(shí)，可表示為：注意：當(dāng)所涉及的節(jié)點(diǎn)電壓幅值變化范圍過大時(shí)，采用靜態(tài)模型將會(huì)使計(jì)算誤差過大

。常用的處理方法是在不同的電壓范圍采用不同的模型參數(shù)，或者當(dāng)電壓低于0.3～0.7時(shí)程序?qū)⒇?fù)荷簡單處理成恒定阻抗。

三、負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性及模型當(dāng)電壓以較快的速度大范圍變化時(shí)，采用負(fù)荷靜態(tài)模型將帶來較大的計(jì)算誤差。研究表明，對那些對負(fù)荷模型敏感的節(jié)點(diǎn)，必須采用動(dòng)態(tài)模型。由于負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性主要由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的暫態(tài)特性